美俄苦攻80年无果，中国一举突破航空难题，其意义究竟有多重大？

全球航天界被一个难题卡了整整 80 年。载人飞船返回地球时，会有几分钟完全联系不上，航天员和地面指挥中心只能干着急，这就是 “黑障”。

多少国家想破头都没解决，大家都觉得这难题可能没法解了。可现在，中国科研团队居然把它攻克了。

"黑障"让全球科学家头疼了大半个世纪

说起黑障这个词，可能很多人觉得陌生，但它确实是航天领域的一个老大难问题。

简单来说，就是当飞行器高速冲进大气层时，表面温度飙升到几千甚至上万摄氏度，把周围的空气都给"烧"成了等离子体。这层等离子体就像一个隐形的金属罩子，把所有的无线电信号都给屏蔽了，导致飞行器和地面彻底失联。

早在上世纪40年代末，美国和苏联搞火箭试验时就遇到了这个麻烦。地面雷达屏幕突然黑屏，信号完全中断，工程师们只能干瞪眼。

1961年，苏联“东方号”飞船返回时，地面指挥中心突然失去了信号，只能干着急地等。1969年，“阿波罗11号”返回时，美国休斯顿同样遭遇这几分钟的“黑障”，即便准备了备用系统，也无能为力。

从那时起，各国科学家就开始了漫长的攻关之路。美国NASA砸下重金建造等离子体模拟器，在实验室里用真空舱产生辉光来测试信号穿透能力。

从上世纪70年代起，欧洲也加入了对“黑障”的研究。法国和德国用激光测等离子体密度，日本东京大学试低频信号传输，印度则借助卫星数据修正再入轨迹。

然而，折腾了整整80年，进展却微乎其微。大家只能在边边角角做些改进，比如调整再入角度来减轻鞘层密度，或者用特殊的烧蚀层来保护飞行器，但核心的通信中断问题始终没有根本解决。各国实验室的研究报告堆积如山，资金像流水一样花出去，可黑障依然是黑障。

中国团队用十年磨出这把"破障神剑"

中国航天虽然起步较晚，但面对黑障这块"硬骨头"，科研团队选择了系统性攻关的路子。领头人包为民院士1960年出生于黑龙江哈尔滨，1982年从西北电讯工程学院毕业后，就一直专注于火箭制导控制技术，从基层技术员一步步成长为院士。

2010年代初，团队在北京郊外启动了这个雄心勃勃的项目。他们首先从模拟黑障现象入手，利用风洞设备重现真实环境，让高压气流冲击模型，使表面温度超过千度，然后注入离子气体形成人工鞘层。

2013年，在国家重大科研仪器研制项目的支持下，设备升级为更先进的电磁科学实验平台，模拟速度达到了20马赫，在鞘层包裹下信号依然能保持稳定。

但仅仅能模拟还不够，关键是要找到穿透的办法。团队结合太赫兹波和特殊天线设计，进行了上百次测试。这个过程可不轻松，光是那台核心实验装置就让人头疼不已。

直径7米、重90吨的庞然大物需要从浙江运到陕西，运输过程中遇到了各种意想不到的困难。高速公路收费站限高限宽，装置根本过不去，最后竟然拆掉了3个收费站才顺利通过。

最难的还是技术攻关。要在几千摄氏度的等离子体环境下开展电磁实验，既要研究信号通信又要进行目标散射测量，对设备的要求极其苛刻。

团队设计了一个直径7米、长3米的大型真空暗室，具备高效冷却结构和合理的热传导时延。装置包括三大核心系统：等离子体产生与调控系统、诊断系统和电磁测量系统，能够精确模拟各种复杂的等离子体环境。

突破性成果让"黑障"不再黑

2022年和2023年，关键的验证时刻终于到来。神舟十五号任务成为了技术验证的重要节点，2022年11月29日酒泉发射时信号保持平稳。更关键的是2023年6月4日的返回过程，当飞船进入大气层后，敦煌测控区的雷达成功锁定了黑障区域。

此时，团队研发的突破性装置开始发挥作用。低频通信系统进行实时调节，信号成功穿越了等离子体鞘层。指挥中心的显示屏上，数据流实时更新，飞行轨迹清晰可见。这是中国首次在载人航天任务中实现黑障区的稳定跟踪，标志着这个困扰人类80年的技术难题被彻底攻克。

团队在研制过程中取得了多项关键突破，首次在地面实现了从L到Ka频段黑障现象的完整复现，成功进行了等离子体包覆目标的雷达散射截面测量和合成孔径雷达成像。他们提出了低频电磁波和动态自适应的抗黑障通信新方法，并在地面实验中得到了验证。

更重要的是，这项技术的电子密度测量范围跨越了4个数量级，碰撞频率跨越3个数量级，能够精确模拟各种复杂的飞行环境。团队创新性地实现了等离子体的涡旋结构模拟和动态频率调控，这些技术突破为后续的深入研究和应用奠定了坚实基础。

技术突破带来的深远影响超乎想象

这项成就的意义远远超出了解决通信问题本身。对于载人航天来说，实时监测和控制能力的提升直接关系到航天员的生命安全。以前在黑障区域，地面控制中心只能"盲飞"，现在可以全程掌握飞行器状态，大大降低了风险。

在国防领域，这项技术同样价值巨大。高超音速飞行器的通信稳定性直接影响作战效能，能够监测导弹轨迹、消除反导盲区，显著提升拦截成功率。对于日益频繁的深空探测任务，这项技术也将发挥重要作用，支撑更远距离、更复杂的探测任务。

从商业角度看，随着高超音速技术的发展，未来的空天飞行器可能会彻底改变人们的出行方式。从北京到纽约，原本需要十几个小时的航程可能缩短到一两个小时。而黑障问题的解决，为这种革命性交通工具的安全运行提供了关键保障。

更值得一提的是，这项技术突破展现了中国科研体系的强大实力。从基础理论研究到工程实现，从多学科协同到产学研结合，整个攻关过程体现了中国特色的创新模式。团队中的青年科研人员在项目中快速成长，28岁加入项目的刘东林副教授，如今已经成为团队的中坚力量。

包为民院士在谈到未来规划时表示，基于这个实验装置，团队将开展更多前沿研究，不仅在等离子体物理领域继续深入，还将拓展到电磁力热交叉领域，形成跨领域的核心竞争力。这意味着，这项突破仅仅是个开始，更多的科技创新成果还在路上。

从全球80年的技术攻关到中国团队的一朝突破，科技创新没有捷径，只有持续的投入和不懈的努力。

当我们仰望星空时，那些看似遥不可及的技术难题，正是这样一步步被攻克的。而每一次突破，都为人类探索未知世界推开了一扇新的大门。